钠离子电池原理及关键材料

随着现代社会快速、绿色的发展，锂离子电池在全球储能市场的占有率越来越高，而锂资源短缺的问题日益凸显。钠离子电池和锂离子电池的工作原理相似但是成本更低，因此具有成为下一代大规模能量存储设备和电动车电源的潜力。在钠离子电池的研究过程中，对正极、负极材料和电解质的探索尤为重要。本书主要介绍了钠离子电池的正极材料、负极材料、有机电极材料、钠离子电池电解质的相关设计原理、制备方法以及近期研究成果，同时也对市场化进程中的钠离子电池进行了展望。本书可供从事钠离子电池研究与工程开发的科技工作者使用，也可以作为相关专业学生的教学参考书。

序
前言
第1章 绪论 1
1.1 钠离子电池的渊源 1
1.2 钠离子电池的特点 2
1.3 钠离子电池的发展史 3
参考文献 4
第2章 钠离子电池正极材料 6
2.1 层状过渡金属氧化物 6
2.1.1 O3型层状过渡金属氧化物 6
2.1.2 P2型层状过渡金属氧化物 9
2.1.3 三维层状过渡金属氧化物 11
2.1.4 层状过渡金属氧化物优化与改性策略 13
2.2 聚阴离子型材料 19
2.2.1 聚阴离子电极材料结构通性 19
2.2.2 橄榄石和磷铁钠矿相磷酸盐材料NaMPO4(M＝Fe、Mn) 19
2.2.3 NASICON型电极材料 23
2.2.4 其他聚阴离子电极材料 32
2.3 普鲁士蓝及其衍生物 46
2.3.1 普鲁士蓝及其衍生物结构和工作原理 46
2.3.2 单金属中心普鲁士蓝化合物 48
2.3.3 多金属中心普鲁士蓝化合物 55
2.3.4 水系钠离子电池中普鲁士蓝化合物的应用 56
2.3.5 普鲁士蓝类材料的应用优势、缺陷及挑战 59
2.4 非金属/金属氟化物正极 61
2.4.1 氟化铁 62
2.4.2 氟化碳 68
参考文献 72
第3章 钠离子电池负极材料 89
3.1 碳材料 89
3.1.1 硬碳及其储钠机理 90
3.1.2 硬碳材料 94
3.1.3 软碳材料 98
3.2 第五主族化合物 99
3.2.1 红磷 101
3.2.2 黑磷 106
3.2.3 金属磷化物 107
3.3 第六主族化合物 116
3.3.1 金属氧化物 116
3.3.2 金属硫化物 124
3.3.3 金属硒化物 138
3.4 金属负极 154
3.4.1 Sn 156
3.4.2 Sb 161
3.4.3 Ge 168
3.4.4 多元金属合金负极 170
参考文献 173
第4章 有机电极材料 197
4.1 小分子有机电极材料 197
4.1.1 羰基衍生物有机电极材料 197
4.1.2 席夫碱（Schiff-base）有机电极材料 201
4.1.3 偶/叠氮衍生物有机电极材料 202
4.2 聚合物有机电极材料 202
4.2.1 共轭导电聚合物 202
4.2.2 共价有机框架（covalent organic frameworks, COFs）204
4.2.3 有机自由基聚合物 205
4.2.4 有机金属聚合物及金属有机框架（metal-organic frameworks, MOFs） 206
4.3 有机电极材料的设计优化 207
4.3.1 官能团定向设计 207
4.3.2 形貌调控 208
4.3.3 有机无机复合 209
参考文献 209
第5章 钠金属电池 211
5.1 钠金属负极 211
5.1.1 钠枝晶 212
5.1.2 钠枝晶抑制策略 213
5.2 钠空气/氧气电池 227
5.2.1 工作原理 228
5.2.2 放电产物 229
5.2.3 充放电机理 232
5.2.4 空气正极侧的副反应 233
5.2.5 研究现状 234
5.3 室温钠硫电池 250
5.3.1 正极材料 252
5.3.2 隔膜 255
5.3.3 电解液 256
5.4 钠硒二次电池 258
5.5 钠碳氧化物电池 261
参考文献 265
第6章 钠离子电池电解质 278
6.1 有机电解液 278
6.1.1 钠盐 279
6.1.2 溶剂 280
6.1.3 添加剂 284
6.2 固体电解质 288
6.2.1 无机固体电解质 289
6.2.2 聚合物固态电解质 301
参考文献 304
第7章 市场化进程中的钠离子电池 313
7.1 水系钠离子电池 313
7.2 有机系钠离子电池 314
参考文献 317